Новая история светописи


В этой картине нет начала, сказал он.
— И конца нет. Я не понимаю картин.

Джек Лондон. Тропой ложных солнц.

Полтора серебряных века безоговорочного лидерства солей серебра в истории светописи неожиданно закончились. Серебряная фотография сошла с дистанции, выражаясь спортивным языком, из-за утраты спонсоров. Классическая пленочная фотография по качеству пока еще не уступает цифровой фотографии, однако гиганты фотоиндустрии без борьбы признали поражение. Последние пятнадцать лет сосуществования пленочной и цифровой фотографии — миг по сравнению со 150-летней историей, тем более что историю, возможно, придется переписывать, и в новой истории этот миг станет еще короче.

История — по определению, это рассказ о прошлом, об узнанном. Она всегда зависит от автора и от той концепции, которую он хочет подтвердить, выстраивая череду фактов и пытаясь выявить их взаимосвязи и взаимное влияние. История техники обычно выглядит следующим образом. Сперва следует некое научное открытие, затем на базе него все, кому не лень, делают свои фантастические предложения по его использованию, потом, по прошествии значительного числа лет, наконец, делается устройство, которое работает на открытых принципах. На завершающем этапе, хотя большинство  высказанных  идей никакого реального влияния на появление устройства в железе не имели, историки начинают бурно обсуждать, какое из фантастических предложений  положило начало данной отрасли техники. 

В любой истории очень часто нет ни явного начала, ни конца, это картинка из жизни. Мир существовал до того момента, с которого мы начали свое повествование, и он вряд ли закончится  тот момент, на котором мы остановились в своем рассказе.

Сегодняшняя история фотографии  достаточно условна уже по формальным признакам. Датой рождения фотографии принято считать 7 января 1839 года, когда французский физик Доминик Франсуа Араго (Dominique Francois  Arago, 1786-1853) сообщил Парижской Академии Наук об изобретении, которое сделал художник и изобретатель Луи Жак Манде Дагер (Louis Jacques Mandé Daguerre, 1787-1851), — первом практически приемлемом способе регистрации изображения, названном дагерротипией. Спорным является не только  то, что это был первый практически приемлемый  способ регистрации, но  и то, что эта дата имеет отношение к термину «фотография». Сам термин, вероятно,  был впервые произнесен либо 25 февраля  1839 года берлинским астрономом Иоганном фон Мадлером (Johann Heinrich von Mädler, 1794-1874), либо  14 марта того же года Джоном Фредериком Уильямом Гершелем (John Frederick William Herschel, 1792-1871).  В словарь же это слово попало только в 1878 году.  Большинство сегодняшних учебников фотографии, рассказывая об изобретениях, с ней связанных, акцентируют свое внимание на химических процессах. Таким образом, мы имеем достаточно подробную историю галоген-серебряного способа регистрации изображения, называемого фотографией.

Сегодня, когда одним из самых популярных способов регистрации изображения стала цифровая фотография, оказывается,  что на передний план выходят совсем другие  линии этой истории, о которых я и попытаюсь рассказать. Некоторые из них, как, например, телевидение имеют свою, достаточно хорошо документированную историю, другие, такие как фототелеграф, мало известны. В обоих случаях историки обращали основное внимание на возможность передачи изображения, желательно движущегося, и оставляли в тени те устройства, где была реализована только регистрация изображения, но возникли проблемы с передачей на расстояния. Исходя из того, что в светописи надо зарегистрировать изображение, а не передать его,  и на историю телевидения можно  взглянуть совсем под другим углом.

Итак, предметом «новой истории» являются три процесса, без которых невозможна регистрация изображения:

  • Первое, получение изображения предметов на плоскости. 
  • Второе, регистрация полученного изображения чувствительным к свету процессом.
  • Третье, фиксирование полученного результата, если не для потомков, то хотя бы для возможности рассмотреть его на следующий день.

Хронология событий, связанных с получением изображения

В данной статье я отмечу только некоторые ключевые моменты, причем их выбор и приоритеты иногда субъективны. К устройствам, связанным с процессом создания изображения для регистрации, я отношу оптическую систему, механические устройства для фокусировки, затворы, экспонометрические системы для определения выдержки и диафрагмы, а также осветительные системы, сопряженные с аппаратом. 

Получение изображения ведет свое начало с камеры-обскуры, дата рождения которой теряется веках. Тюремные камеры без окон, но с щелями в стенах существовали, вероятно, несколько тысячелетий тому назад, и если расшатать стены и сбежать не удавалось, то оставалось только наблюдать за движением изображения солнца на противоположной стене.    

Одна  из первых линз в камере-обскуре была установлена Джероламо Кардано (Gerolamo Cardano Cardan, 1506-1576) в 1550 году. Современную же историю оптической системы фотоаппарата, вероятно, следует отсчитывать от 1812 года, когда Уильям Хайд Волластон (William Hyde Wollaston, 1766-1828) опубликовал сообщение о применении в камере-обскуре положительного мениска —вогнуто-выпуклой линзы. Или с 1816 года, когда Жозеф Нисефор Ньепс (Joseph Nicéphore Niepse, 1765-1833) применил камеру ящичного типа с простой сферической линзой и ирисовой диафрагмой.  Все дальнейшие события, связанные с развитием оптической системы, имеют непосредственное отношение ко всем современным системам регистрации изображения.

В 1818 году, занимаясь реорганизацией маяков, Огюстен Жан Френель (Augustin-Jean Fresnel, 1788-1827) предложил принципиально новый способ маячного освещения, использующий линзу, состоящую из отдельных примыкающих друг к другу концентрических колец небольшой толщины, которые в сечении имеют форму призм специального профиля. Сегодня без линзы Френеля не обходится почти  ни одна вспышка, а без нее трудно представить современный фотоаппарат. Родственные конструкции последнее время используются и в некоторых фотографических объективах.

В 1824 году Йозеф Фраунгофер (Joseph  Fraunhofer, 1787-1826) изготовляет  ахроматический телескоп-рефрактор «Большой Фраунгофер».

В 1828 году ахроматические линзы (склейка из двух линз) были   использованы в ландшафтном объективе Шарлем Шевалье (Charles Chevalier, 1804-1859).

В 1840 году выпущена фотокамера конструкции Пьера-Армана Сегье (Pierre-Armand Séguier,  1803-1876) с кожаным приспособлением для наводки на фокус (масса камеры — 14 кг) 

В 1840 году Йозеф Петцваль (Józeph Miksa (Max) Petzval, 1807-1891) разработал свой портретный объектив, который представлял собой комбинацию из пары двойных ахроматических линз, его относительное отверстие достигало 1:3,7, поле зрения 12°.

В 1841 году один из братьев Годен (Gaudin) выпустил камеру, оснащенную линзой с малым фокусным расстоянием. 

В 1841 году Фойхтлендер (Peter Wilhelm Friedrich of Voigtlaender, 1812-1878) сконструировал  конусообразную металлическую камеру для дагерротипии, снабженную портретным объективом Петцваля и укрепленную на переносном штативе (выдержка на солнечном свету — около 1 мин.)

В 1843 году Иозеф Пухбергер (Joseph Puchberger) запатентовал панорамную камеру с вращающимся объективом с ручным приводом, в котором использовались изогнутые  дагерротипные пластинки длиной от 19 до 24 дюймов. Камера имела объектив с фокусным расстоянием 8 дюймов и создавала картинку с углом охвата 150 градусов. 

В 1844 году Фридрих фон Мартенс (Friedrich von Martens, 1809-1875), немец, живший в Париже,  разработал дагерротипную панорамную камеру для цилиндрически изогнутых пластин размером 4,7×15 дюймов, захватывающую поле зрения 150o. В 1845 году он снял дошедшую до наших дней панораму Парижа.  

В 1844 году Людвиг Фердинанд Мозер (Ludwig Ferdinand Moser, 1805-1880) создал первый стереоскопический фотоаппарат для дагерротипии.

В 1847 году Сергей Львович Левицкий (1819-1898)  впервые сконструировал камеру с мехами для удобства наводки на фокус.

В 1849 году  Дейвид Брюстер (David Brewster, 1781-1868) изготовил стереофотоаппарат.

В 1851 году Уильям Генри Фокс Тальбот (William Henry Fox Talbot, 1800-1877)  предпринял первую успешную попытку использовать электрический разряд лейденской банки для съемки быстродвижущихся объектов. А в следующем 1852 году он получил английский патент на применение растра между негативом и слоем позитивного изображения. Эту дату отметим, как первое упоминание растра в истории фотографии. В сегодняшней цифровой фотографии практически все изображения растровые.

В 1855 году Джеймс Клерк Максвелл (James Clerk Maxwell, 1831-1879) разработал основы аддитивного синтеза в цветной фотографии. В отличие от работ Беккереля этот метод цветной фотографии называют субъективным, и я его отношу к процессу получения, а не регистрации изображения. Мы получаем три изображения и регистрируем их стандартным образом.

В 1857 году Й.Петцваль и Карл Дитцлер (Carl Dietzler) выпустили первый объектив для ландшафтных съемок — ортоскоп.

В 1861 году Максвелл первый экспериментально доказал возможность передачи натуральных цветов путём аддитивного сложения трёх частичных изображений — красного, зелёного и синего.

В 1862 году Луи Дюко дю Орон (Louis Ducos du Hauron, 1837-1920) создал основы субтрактивного метода цветной фотографии.

В 1866 году Адольф Гуго Штейнгель (Steinhell) рассчитал универсальный апланат — симметричный объектив из двух ахроматических линз. Объектив выпускался на заводе его отца Карла Августа Штейнгеля. Формулы для  расчета апланата были предложены Зейделем (Philipp Ludwig von Seidel, 1821-1896).

В 1868 году Л. Дюко дю Орон  получил патент на изготовление снимков в натуральных цветах и в 1869 г. представил опытные образцы: он получал частичные негативы через три светофильтра основных цветов, печатал позитивные изображения пигментным способом в дополнительных цветах и, совмещая, получал многоцветное изображение.

В 1869 году Шарль Кро (Charles Cros, 1842-1888) опубликовал аналогичный способ цветной фотографии, разработанный им независимо от Дюко дю Орона. Описание он представил во Французскую Академию наук ещё в 1867 г.

Таким образом, хотя начало субъективной цветной фотографии (воспроизведение не цвета, а световых ощущений) можно отсчитывать и с 1855 года с работ Максвелла, но практическое воплощение она получила только к 1868 году, причем идея созрела и была независимо реализована как Дюко дю Ороном, так и Кро.  Так что я бы сказал, что датой рождения субъективной цветной фотографии  все же стоит считать именно 1868 год. Вопрос приоритета на самом деле не очень существенен и трудно разрешим, так как в случае научной публикации рассматривают дату публикации, а в случае патента — дату не публикации, а подачи заявки.  Объективная цветная фотография зародилась существенно раньше, в 1847 году, но практической реализации этой идеи еще придется ждать до 1891 года.  Реализация этого метода потребовала существенно больше времени, чем субъективная цветная фотография.

В восьмидесятых годах немецкий химик Фридрих Отто Шотт (Friedrich Otto Schott, 1851-1935) освоил производство «нового йенского стекла» (баритовый крон, баритовый флинт, тяжелый крон), что существенно расширило возможности разработчиков объективов, и результаты не заставили себя ждать. В 1891 году по схеме, предложенной Паулем Рудольфом (Paul Rudolph, 1858-1935),  фирмой Цейс был выпущен объектив  Протар (Protar), в 1896 году — Планар (Planar) и в 1902 году — Тессар (Tessar). Трехлинзовый анастигмат типа «триплет», разработан в 1893 г. в Англии Тейлором (Harold Dennis Taylor, 1862 1943) для фирмы Кук (Cooke of York) .

В 1882 году С.A. Юрковский (? -1901) изобрел моментальный затвор, а в 1883 году — затвор при пластинке (шторно-щелевой).

В 1886-1887 годах  Вячеслав Измайлович Срезневский (1849-1937) создал фотоаппарат для воздушного фотографирования, съемки под водой и регистрации солнечных затмений. 

В 1888-1889 годах Джордж Истмен (George Eastman, 1854-1932) разработал и выпустил камеру ящичного типа (бокс-камеру) с роликовой сенсибилизированной бумагой на 100 снимков. Это, конечно, больше относится к серебряной фотографии, однако это событие сродни изобретению пулемета:   стала доступна относительно скоростная съемка, а скорострельность сегодня — одна из основных характеристик репортерского цифрового аппарата.

В 1892 году Макдоноу (Mcdonough) получил американский патент на четырёхцветный растр из окрашенных зёрен шеллака на целлулоидной подложке для аддитивной цветной фотографии.

В 1893 году Шоффур (Chauffour) разработал магниевую лампу-вспышку с электрическим поджогом, которая представляла собой стеклянный шар с магниевой проволокой, наполненный кислородом.  Она использовалась Луи Бутаном (Louis Boutan) для подводной фотографии.

В 1894 году Джон Джоли (John Joly, 1857-1933) предложил трёхцветный растр в виде окрашенных линий, нанесённых на стеклянную пластинку, и описал способ получения диапозитива в натуральных цветах, напечатанного с негатива при съёмке через растр и рассматриваемого через тот же растр.

В 1897 году Дюко дю Орон предложил способ «трипак» в виде комбинации трёх слоёв с двумя промежуточными светофильтрами, который применяли для аддитивной цветной проекции.

В 1899 году И.Поляков взял патент на фотокамеру с автоматическим регулированием выдержки.

В 1900 году Истмен выпустил в продажу панорамную пленочную камеру с вращающимся объективом и щелевым затвором, позволявшим производить моментальные снимки.

В 1904 году А.А.Поповицкий взял патент на зеркальные объективы и фотокамеру с отражательным зеркалом.

В 1907 году братья Люмьер (Jean-Louis Lumiere, 1864-1948; Auguste Lumiere, 1862-1954) выпустили пластинки «Автохром» с трёхцветным растром из крахмальных спрессованных зерен, находящихся под эмульсионным панхроматическим слоем.  Это событие относится в равной мере как к получению трех составляющих цветного изображения, так и к его регистрации, что уже является предметом истории другого процесса.

В 1913 году фабрика Педжет выпустила в продажу специальный трёхцветный растр, который прижимался к диапозитиву, напечатанному с негатива, снятого через этот растр.

В 1919 году Сергей Михайлович Прокудин-Горский (1863-1944) получил английский патент на оптическую систему для получения одним экспонированием трех негативов через соответствующие светофильтры. Можно считать, что это прямой предок современной трехматричной системы, активно использующийся в видеокамерах и отдельных фотокамерах.

В 1923 году фирма «Агфа» начала выпуск пластинок «Агфаколор» с трехцветным мозаичным растром.

В 1924 году фирма «Лейтц» начала производство 35мм малоформатных фотоаппаратов.

В 1924 году фирма лондонская фирма Бек (Beck of London) изготовила объектив, известный под названием Hill Sky Lens и предназначенный для съемки одним кадром всей небесной полусферы в метеорологии и астрономии. Это был, вероятно, первый объектив Рыбий глаз.

В 1934 году введена немецкая сенситометрическая система ДИН (DIN).

В 1935 году Михаилом Михайловичем Русиновым (1909-2004) была предложена система с наружным дисперсионным и внутренними коллективными элементами. Им была создана серия объективов Руссар и Гидроруссар, предназначенных для подводной фотосъемки. На воздухе они имели угол зрения до 120 градусов. Возможно, то, что широкоугольные объективы разрабатывались вначале специально для подводной съемки, и привело к возникновению популярного ныне термина «Рыбий глаз». Вклад Русинова в развитие оптики оценен четырьмя Государственными премиями (1941, 1949, 1950 и 1967) и Ленинской премией (1982) за создание широкоугольных объективов 3,4 и 5 поколения для картографирования. Первая, 1941 года,  —  за создание объективов Руссар, в которых использовано явление аберрационного виньетирования. А последняя, в 1967 году, — за разработку широкоугольных гидросъемочных объективов. 

В 1936 году в Советском Союзе выпущен первый в мире 35мм однообъективный зеркальный фотоаппарат «Спорт» (ГОМЗ), который  разработал в 1935 году А.О.Гельгар. В том же году в Германии выпущена зеркальная камера Kine Exacta.  

В 1939 году Гарольд Эджертон (Harold Edgerton, 1903-1990)  изготовил вспышку на основе ксеноновой трубки и разработал метод поджига лампы-вспышки от затвора фотоаппарата.

В 1941году Дмитрий Дмитриевич Максутов (1896-1964) изобрел новую катадиоптрическую систему, т.е. объединяющую преломляющие и отражающие элементы, разработал менисковые системы оптических приборов, состоящие из линзовых и зеркальных оптических элементов. Он стал лауреатом Государственной премии в 1941 и в  1946 годах.

В 1946 Френк Бэк (Frank Gerhard Back, 1902-1983) изготовил объектив для 16 мм кинокамеры с переменным фокусным расстоянием 17,5 – 70 мм.

В 1947году введена американская система АСА, модернизированная в 1960 г.

В 1948 году Френк Бэк запатентовал объектив с изменяемым фокусным расстоянием, и основал компанию по производству панкратических кинообъективов «Zoomar». Изначально звукоподражательное слово «zoom» означало приближающийся или удаляющийся звук, жужжание.

В 1959 году Френк Бэк разработал  Voigtländer Zoomar 2,8/36 — 82, — объектив с переменным фокусным расстоянием для 35 мм фотокамер.

В 1958 году Пауль Метц (Paul Metz, 1911-1993) выпустил вспышку Mecablitz 100 с транзисторным преобразователем постоянного напряжения. Вспышка стала практически полностью идентичной тем, которые встроены в сегодняшние цифровые аппараты.

В 1976 году выпущена  согласованная автоматическая лампа-вспышка (Canon-Speedlite 155А) для фотоаппарата Canon AE-1, которая при установке в обойму функционально  связывалась с камерой посредством дополнительных управляющих контактов.

В 1985 году фирма Minolta выпустила автофокусную зеркальную камеру Minolta 7000.

В 1996 году проявилась автофокусная камера Contax AX, позволявшая работать с обычными объективами. В этом аппарате перемещается  вся начинка камеры относительно объектива.

В 2000 году фирма Canon анонсировала объектив EF 400 mm f:4 DO IS USM c дифракционными оптическими элементами.

В 2004 году фирма Casio создала объектив с применением оптически прозрачных керамических линз LUMICERA, производства компании Murata Manufacturing Co., Ltd. Объектив установлен в камеру CASIO EXILIM EX-S100.

Процесс регистрации изображений

История этого процесса тоже начинается во времена доисторические, поскольку впервые влияние света на ляпис (азотнокислое серебро) обнаружил в 8 веке арабский алхимик  Ябир (Джабир) ибн Хайам, известный в Европе под именем Гебер (ок. 721-ок. 815),  занимавшийся вопросами трансмутации металлов.

В 17 веке Роберт.Бойль (Robert Boyle, 1627-1691) обнаружил светочувствительность солей золота.

В 1694 году Вильгельм Гомберг (Wilhelm Homberg, 1652-1715) обнаружил почернение поверхности кости, обработанной раствором серебра в азотной кислоте, т. е. открыл светочувствительность азотнокислого серебра. С этой даты, 1694 г., можно отсчитывать уже не древнейшую, а древнюю историю второго процесса, поскольку в дальнейшем мы уже с точностью до года можем идентифицировать отдельные события.  

В 1725 году Алексей Петрович Бестужев-Рюмин (1693-1766) открыл светочувствительность солей железа. Это событие можно считать, во всяком случае, в научном плане, первой точкой ветвления. Рождение светописи на основе солей железа сыграло значительную роль в технике, поскольку именно на светочувствительности солей железа долгое время основывались системы копирования чертежей. Практической реализации пришлось ждать до 1842 года, когда  Джон Фредерик Вильям Гершель (John Frederick William Herschel, 1792-1871) изобрел ферропруссиатную бумагу, ставшую основой процесса цианотипии, в котором светочувствительной средой является лимоннокислое железо; при светокопировании чертежей и после обработки раствором красной кровяной соли образуются белые линии на синем фоне.

В 1727 году  Иоган Генрих Шульце (Johann Heinrich Schulze, 1687-1744) наблюдал светочувствительность хлористого серебра и впервые показал эффект светописи. Событие тоже эпохальное, поскольку здесь речь идет уже не просто о неком физическом явлении, но о его практическом применении в эксперименте.

В 1802 году Томас Веджвуд (Thomas Wedgwood, 1771-1805) получил копированием негативное изображение на коже или бумаге, пропитанной раствором азотнокислого серебра. В том же году Хемфри Деви (Humphry Davy, 1778-1829) применил метод Веджвуда для получения в солнечном микроскопе снимков с мелких объектов. Имеются все основания считать эти события началом современного этапа, поскольку в одном действующем устройстве были использованы два из трех основополагающих процессов.

В 1813 году Ньепс начал опыты по получению светописных отпечатков на литографском камне и пластинках олова, покрытых лаками своего изобретения.  Он назвал этот способ гелиографией. Здесь впервые были объединены в одном устройстве все три процесса. С этого момента все остальные изобретения в области светописи можно рассматривать как усовершенствования уже существующего процесса. Эту же дату можно считать и началом истории третьего процесса —  фиксирования. 

В истории гелиографии следует отметить   получение  Ньепсом в 1822 году оттисков с рельефного клише, полученного травлением асфальтового покрытия, облученного светом. Гелиография стала основой фотомеханических репродукционных процессов в полиграфии.

В 1819 году Джон Гершель открыл растворяющее действие тиосульфата натрия на галоидное серебро, т.е. современный способ фиксации фотографических изображений, однако в истории фотографии этот метод был применен отнюдь не сразу. 

В 1835 году  Луи Жак Манде Дагер открыл способность паров ртути проявлять скрытое изображение на экспонированной йодированной посеребренной пластине, а в 1837 году смог его зафиксировать.

В 1836 году Вильгельм Генри Фокс Тальбот получил контактный отпечаток листа папоротника на бумаге, покрытой хлористым серебром. В 1839 году он описал способ фиксирования снимков на хлористой бумаге крепким раствором поваренной соли или йодистого калия. Его брошюра «Доклад по искусству фотогенического рисования, или процесс, с помощью которого естественные объекты могут быть изображены без помощи кисти художника», была опубликована 21 февраля 1839 года. Тальбот не сумел зафиксировать свой приоритет, и, как мы уже говорили, официальный отсчет фотографии идет от сообщения Д.Ф.Араго 7 января 1839 г.  

Как мы видим, работы, непосредственно относящиеся к данной теме, велись задолго до 1839 года, и дата, взятая за официальное рождение фотографии, весьма условна. В этом же 1839 году Александр Эдмон Беккерель (Alexandre Edmond Beckerel, 1820-1891) открыл фотогальванический эффект на границе металлического электрода и жидкости. С научной точки зрения, это открытие можно считать еще одной точкой ветвления в процессе регистрации изображения, приведшей в конце концов к электронной фотографии. Это уже непосредственно наша история, и прежде чем перейти к ее детальному рассмотрению, отмечу несколько ключевых событий серебряной фотографии. К таким событиям я отношу те, что могут считаться новыми точками ветвления, а также те, которые позволяют сопоставить скорости развития разных ветвей светописи.

Реперные точки в истории неэлектронных способов регистрации изображений

В 1842 году Тальбот разработал процесс проявления скрытого фотографического изображения проявляющим раствором, содержащим галловую кислоту. Он же предложил негативно-позитивный процесс и способ оптической печати с помощью «волшебного фонаря» (фотоувеличителя).

В 1847  году Э. Беккерель и А. Ньепс де Сент-Виктор (Niepce De St Victor, 1805-1870) получили цветное изображение спектра на серебряной полированной пластинке, подвергнутой хлорированию, причём изображение было стойким при слабом освещении и длительно сохранялось в темноте. Это был прототип интерференционного метода, получившего развитие в 1891 в работах Габриэля Липмана (Gabriel Lippman, 1845-1921), получившего в 1908 году Нобелевскую премию по физике «за создание метода цветной фотографической репродукции, основанной на явлении интерференции».   Практически идеальное изображение спектров, сделанное по этому методу,  Иван Филиппович Усагин демонстрировал в 1900 году на Международной выставке в Париже. В конце этой ветви появится цветная голография.

В 1947 году Эдвин Ленд (Edwin H. Land, 1909-1991) разработал черно-белый одноступенный процесс Роlaroid Land, а  позднее (1963) — одноступенный цветофотографический процесс с диффузионным переносом изображения (Роlасоlоr). В результате дальнейших исследований в 1970 году им был разработан подлинно одноступенный цветофотографический процесс c диффузионным переносом проявляющих красителей (Роlаrоid SХ-70 Land).

В 1977 году фирма «Поляроид» создала цветную растровую кинематографическую систему Роlаvisionfilm.

В 1983 году ведущие фотофирмы Kodak, Fuji, Agfa начали изготавливать цветные негативные пленки нового поколения с очень высокой светочувствительностью, обеспечивающие отличное качество изображения за счет применения новых эмульсионных микрокристаллов типа ядро — оболочка, Т-кристаллов и цветных компонентов нового типа.

История электронной светописи: регистрация и фиксация изображений.

Химические способы предполагали фиксирование изображения на месте: там, где оно было зарегистрировано, там же оно и фиксировалось. Получение электрического сигнала в точке регистрации позволило разделить в пространстве процессы регистрации и фиксации изображения, например, на бумаге. Вероятно, впервые устройство для передачи изображения по проводам описал в 1840х годах Александр Байн (Alexander Bain, 1811(10)-1877). Он предложил сканировать проводящий рисунок с помощью проволоки, скользящей по нему, и регистрировать его электрохимическим образом, пропуская ток через пропитанную реактивами бумагу. Было ли это реализовано им  в металле и насколько оказало влияние на других разработчиков, я не знаю, но идея, лежащая в основе фототелеграфа и современных факсимильных аппаратов, была высказана.

В 1848 году  Фредерик Беквел (Frederick Bakewell) создал, а в 1951 году публично продемонстрировал передачу изображения с помощью системы близкой идеологически к системам Байна и Казелли.

В 1856 году итальянский физик Казелли (Giovanni Caselli, 1815-1891) создал прибор для передачи изображений, названный «пантелеграфом». В этом приборе игла сканировала изображение, нарисованное токопроводящими чернилами. Приемник действовал по аналогичному принципу. Игла перемещалась по листу, покрытому крахмальным клеем с примесью йодистого калия. Когда через иголку проходил ток, крахмал окрашивался в синий цвет. По описанию это очень похоже на то, что было описано Байном, но про этот прибор мы точно знаем, что он был воплощен в металле, и в России работал на линии Москва-Петербург уже 1862 году. С точки зрения нашей истории, это изобретение следует отнести к процессу фиксации электронного изображения на бумаге. Можно сказать, что это дата появления графического принтера с электрохимическим способом фиксации изображения. Следует отметить, что здесь мы видим одновременно и фиксацию, и визуализацию изображения. В дальнейшем, в электронной фотографии эти два процесса очень часто будут разделены и, в частности, в телевидении способы визуализации будут изобретены существенно раньше, чем способы сохранения изображения.

В 1873 году У.Смит (Willoughby Smith, 1828-1891) и его ассистент Жозеф Мей (Joseph May) открыли внутренний фотоэффект (фотопроводимость) — увеличение тока проводимости, возникающее при освещении исследуемого полупроводника. Это событие для сегодняшней фотографии имеет эпохальное значение, потому что был открыт тот самый способ регистрации, который используется сегодня в цифровых камерах. Причем это открытие не осталось незамеченным, и большое количество народа сразу же дали свои фантастические предложения по его практическому применению. В некоторых из них можно усмотреть  почти идеальное описание современной камеры.  Но предложить и осуществить — не  одно и то же. И, возможно, идея сделать мозаику из селеновых фотоприемников достаточно тривиальна, чтобы не искать, кто ее предложил первый. А вот преодоление всех практических трудностей по созданию матрицы является  выдающимся событием, для  реализации которого нужно было сделать массу нетривиальных открытий, хотя они  прямо и не ассоциируются с созданием фотоприемника.   

В 1876 году Уильям Адамс (William Grylls Adams, 1836-1915) и его студент Р. Дей (R. E. Day) открыли фотогальванический эффект на границе двух твердых тел.

В 1878-80-х годах Джордж Кери (George R. Carey, 1851- ?) опубликовал ряд статей, в которых высказал и проиллюстрировал три предложения. В частности, была предложена электрическая камера на селене, называемая телектроскоп (telectroscope), и содержавшая, судя по дошедшим до нас рисункам, объектив и мозаику из селеновых элементов. Кроме того, он предложил вариант фототелеграфа с одним селеновым элементом, сканирующим изображение по спирали. Кери претендует на лавры родоначальника телевидения, еще одной ветви регистрации изображения, в рамках нашей истории.

В 1881 году Шелфорд Бидвелл (Shelford Bidwell), британский физик, изобрел «сканирующий фототелеграф». Для передачи изображений (диаграмм, карт и фотографий) в системе использовался материал селен и электрические сигналы. Фототелеграф, как и телевидение, решает две сложных проблемы: регистрацию изображения и передачу его на большие расстояния.  Только успешное решение обеих этих задач делает это устройство коммерчески интересным. Нас же интересует только первая часть задачи. Возможно, уже в этом устройстве она решалась не хуже, чем в фототелеграфе Корна (см. ниже).

В 1881 году Константин Сенлек (Constantin Senlecq, 1842-1934) опубликовал один из первых проектов ТВ системы с механической разверткой.

В 1884 году Пауль Нипков (Paul Julius Gottlieb Nipkow, 1860-1940) получил патент на изобретенное им оптико-механическое устройство (диск с отверстиями по спирали) для преобразования изображения в последовательность сигналов (разложения телевизионного изображения на элементы при передаче и воспроизведении изображения при приеме). Эту дату можно считать еще одной веточкой на древе нашей истории, началом эпохи механического телевидения, поскольку результатом работ Нипкова стала первая телевизионная передача, осуществленная 18 апреля 1934 года.  Механическое телевидение будет иметь долгую жизнь и через 80 лет после свого рождения будет использовано для передачи неподвижного фотографического изображения с поверхности Луны.

В 1885 году в первом номере журнала «Электричество» Порфирий Иванович Бахметьев (1860-1913) изложил несколько схем передачи изображения на расстоянии, в частности, схему с несколькими селеновыми элементами и схему с одним, сканирующим по спирали. Он же, что для нас особенно интересно, первым предложил название «Телефотограф», которое, однако, не привилось и впоследствии было вытеснено термином «Фототелеграф».

В 1887 году Генрих Герц (Heinrich Rudolf Hertz, 1857-1894) открыл внешний фотоэффект.

В 1888-1890-х годах  Александр Григорьевич Столетов (1839-1896) провел исследования фотоэффекта и создал прообраз фотоэлемента. Электроны под действием света выходят с поверхности катода в вакуум или разреженный газ.

Как мы видим, внешний фотоэффект был открыт позже внутреннего. Пройдет еще 40 лет, и он станет доминирующим в получении изображения в фототелеграфах и в передающих  телевизионных трубках.

В 1898 году Мечислав Вольфке (1883 – 1947) подал заявку на изобретение «телектроскопа», где предложил передавать сигнал телевизионного изображения не по проводам, а по радио.

В 1899 году (1900 г., по новому стилю) Александр Аполлонович Полумордвинов (1874-1942) подал заявку и получил  привилегию на «Светораспределитель для аппарата, служащего для передачи изображений на расстояние со всеми цветами и их оттенками и всеми тенями». Английский предприниматель и ученый Бэрд (John Logie Baird, 1888-1946), долгое время занимавшийся теоретическими разработками телевидения, купил у Полумордвинова патент (заявка N№ 10739 от 23.12.1899 г.), который предоставил ему реальные возможности изготовить аппарат. После некоторых усовершенствований Бэрду удалось в 1925 г. провести серию лабораторных испытаний опытного образца установки, осуществлявшей передачу цветного изображения на расстояние. А в 1928 г. он уже демонстрировал систему цветного телевидения широкой общественности.

В 1903-1906  годах немецкий физик Артур Корн (Arthur Korn, 1870-1945)  создал фототелеграф, в котором  происходит механическое сканирование изображения по двум координатам и освещается каждая точка в отдельности. Проходящий через нее свет воспринимается одним селеновым фотоприемником. 6 ноября 1906 года портрет изобретателя  был отсканирован и передан на расстояние более 1000 км. Это устройство  ничем принципиально не отличается от современных барабанных сканеров. Вероятно, Корн был не единственным, пытавшимся усовершенствовать фототелеграф Бидвелла образца 1881 года, но в 1906 году с помощью его устройства удалось передать изображение на максимальное расстояние.

Жорж  Рину (George Rignoux) получил в 1906 и 1908 году патенты на аппарат, использовавший мозаику из ячеек селена для захвата изображения, и барабан с зеркалами. Сигнал от этого аппарата  преобразовывался в последовательность  вращающимся коммутатором.

В 1907 году  Борис Львович Розинг (1869-1933) предложил способ воспроизведения изображения, основанный на яркостной модуляции электронного луча трубки Брауна сигналом фотоэлемента. Термин «Трубка Брауна», который до 40х годов ХХ века распространялся и на другие электронно-лучевые приборы, восходит в 1897 году, когда Карлом Фердинандом Брауном (Karl Ferdinand Braun, 1850-1919) был предложен осциллограф с электронно-лучевой трубкой. Браун не патентовал свой осциллограф, он сделал его доступным для всех исследователей и лично содействовал его распространению путем публичных демонстраций и публикаций в печати. Свободный доступ способствовал быстрому распространению и развитию конструкции многими другими учеными. На мой взгляд, это важный исторический аргумент за развитие свободно распространяемого программного обеспечения с открытыми исходными кодами.   (В 1909 году Ф.Браун вместе с Г.Маркони получил Нобелевскую премию за создание беспроволочного телеграфа).  Электронно-лучевая трубка Розинга фактически была уже полным прототипом кинескопа. Спустя 4 года он впервые в мире воспроизвел на ней простейшее изображение. Учитывая, что сегодня цифровые фотографии мы сперва рассматриваем на мониторе, и не все они пока жидкокристаллические, это событие имеет в нашей истории весьма важное значение.

В 1907 году Ованес Абгарович Адамян (1879-1932) получил привилегию на «приемник для изображений, электрически передаваемых с расстояний», который разработал в собственной лаборатории в Шарлоттенбурге под Берлином. Это была первая ТВ-система с одновременной передачей сигналов составляющих цветов. Накануне 1-й Мировой войны изобретатель переехал в Петербург. В 1925 г. он запатентовал последовательную систему, основанную на трехспиральном диске Нипкова с цветными фильтрами.

В 1908 году шотландец Алан Арчибальд Кэмпбел Свинтон (Alan Archibald Campbell Swinton, 1863-1930) печатает в журнале «Nature» статью, в которой описывает электронное устройство для регистрации изображения на электронно-лучевой трубке.

В 1916 Ефим Евграфович Горин (1881-1951) использовал фотопроводимость для получения изображения, назвав этот способ электрофотографией.

В 1924 году по заявке, сделанной в 1922 году, Борис Александрович Речеулов (1899-1942) получил патент на систему магнитной записи на движущуюся магнитную ленту с катушкой для ее намотки для записи и воспроизведения визуальных и звуковых сигналов. До сего момента фиксирование электронных изображений было уделом фототелеграфии, теперь же процессом фиксирования озаботились и создатели телевизионных систем.     

В 1925 году Александр Алексеевич Чернышев (1887-1960) предложил трубку с внутренним фотоэффектом, которую можно считать прототипом видикона.

В 1930 году Александр Павлович Константинов (1895-1945) предложил трубку с накоплением зарядов  двусторонней мишенью.

В 1931году Семен Исидорович Катаев (1904-1991) предложил трубку с мозаичным фотокатодом.

 

В 1932 году Владимир Козьмич Зворыкин (1889-1982) сделал первую работающую модель иконоскопа. Иконоскоп был действующей передающей телевизионной трубкой с мозаичным фотокатодом и накоплением зарядов, получаемых точечными фотоэлементами. Зворыкин решил задачу усиления столь малых токов, придав каждому элементу фотомозаики свойства конденсатора, линейно накапливающего заряд. Для этого ему вместе с помощниками пришлось решить сложную технологическую задачу — нанести на каждый квадратный сантиметр диэлектрической основы многие тысячи изолированных металлических элементов. Опытная телетрансляция с помощью этой аппаратуры начинается в 1932 г. Телепередающая станция мощностью в 2,5 кВт устанавливается на самом высоком здании Нью-Йорка — Эмпайр Стейт Билдинг. Доклад «Иконоскоп — современный вариант человеческого глаза», был сделан на годичной конференции Американского общества радиоинженеров в июне 1933 г.

Формально приоритет изобретения иконоскопа принадлежит С.И.Катаеву, на 51 день раньше подавшему заявку на трубку с трехслойной мишенью и  накоплением зарядов. Однако первый советский прибор заработал только в 1934 году. Первые же заявки Зворыкина были поданы еще в 1923 году, но патент по ним выдан лишь в 1938. Как я уже раньше писал, предложение, конечно, — вещь хорошая, но суметь сделать куда сложнее.

Открытое распространение идей способствует их развитию, как показал опыт Ф. Брауна, но не всегда их воплощению, когда для этого нужны большие деньги. Зворыкин сформулировал это так: «К тому времени, — я понял, что работу над идеей, способной привести к коммерческому успеху, нужно камуфлировать до тех пор, пока возможность получения прибыли не станет очевидной для людей бизнеса. Ваша собственная убежденность не играет большой роли».

Электровакуумные приборы могли бы стать прекрасной основой электронной фотографии. Однако не стали, сыграв определяющую роль в развитии параллельной ветви телевидения. К тому же моменту, когда электронная фотография оказалась востребованной, их век уже кончился.

 В 1933 году Павел Васильевич Шмаков (1885-1982) и Петр Васильевич Тимофеев (1902-1982) предлагают трубку со сплошным фотокатодом и переносом электронного изображения на диэлектрическую накопительную мишень.

В 1938 году Честер Флойд Карлсон (Chester F. Carlson, 1906-1968) взял патент на электрофотографический способ, назвав его ксерографией.

В 1951 году Александр Матвеевич Понятов (1892-1980)  и его технические советники М.Столяров и В.Селстед рассмотрели и приняли за основу разработки предложенный инженером Ч.Гинзбургом способ записи ТВ сигналов путем вращения магнитных головок поперек движения ферромагнитной ленты. В апреле 1956 года фирма Ampex (по инициалам Понятова — А.М. — и слову  exellence — превосходство) продемонстрировала действующий видеомагнитофон VR-1000. Эту дату можно считать ключевой в развитии электронной фотографии, поскольку, соединив телевизионную камеру с магнитофоном, мы получаем систему, способную регистрировать и сохранять изображение. 

В 1957 году Руссель Кирш (Russell A. Kirsch, из National Bureau of Standards) отсканировал и оцифровал изображение. Отсканированное изображение было представлено в виде массива из 176х176 чисел.

В 1966 году советская космическая станция «Луна» мягко села на Луну и передала с высокой четкостью панорамные изображения лунной поверхности. Это можно считать высшим достижением  механического телевидения. Один кадр состоял из 1500 вертикальных строчек, передавался он целых полтора часа! Телевизионная техника для исследования дальнего космоса, когда один кадр изображения передается иногда несколько часов, и теперь строится на принципах механического телевидения.

В 1969 году исследователи из Bell Laboratories — Уиллард Бойл (Willard Boyle) и Джордж Смит (George Smith) сформулировали идею прибора с зарядовой связью (ПЗС) для регистрации изображений.

В 1970 году исследователи из Bell Laboratories создали прототип электронной видеокамеры на основе ПЗС.

В 1972 году компания Texas Instruments запатентовала устройство под названием «Полностью электронное устройство для записи и последующего воспроизведения неподвижных изображений». В качестве чувствительного элемента в нем использовалась ПЗС-матрица, изображения хранились на магнитной ленте, а воспроизведение происходило через телевизор.

В 1973 году компания Fairchild (одна из легенд полупроводниковой индустрии) начала промышленный выпуск ПЗС-матриц. Они были чёрно-белыми и имели разрешение всего 100х100 пикселей. В 1974 при помощи такой ПЗС-матрицы и телескопа была получена первая астрономическая электронная фотография. В том же году Гил Амелио (Gil Amelio), также работавший в Bell Labs, разработал техпроцесс производства ПЗС-матриц на стандартном полупроводниковом оборудовании.

В 1975 году инженер Стив Сассон (Steve J. Sasson), работавший в компании Kodak, сделал первую работающую камеру на ПЗС-матрице производства Fairchild. Камера весила почти три килограмма и позволяла записывать снимки размером 100x100 пикселей на магнитную кассету (один кадр записывался 23 секунды).

В 1976 году фирма Fairchild выпускает первую коммерческую электронную камеру MV-101, которая была использована на конвейере Procter&Gamble для контроля качества продукции. Это уже была первая, полностью цифровая камера, передававшая изображение в миникомпьютер DEC PDP-8/E по специальному параллельному интерфейсу

В 1980 году фирма Sony представила на рынок первую цветную видеокамеру на основе ПЗС-матрицы.

В 1981 году Sony выпускает зеркальную камеру со сменными объективами  Mavica (сокращение от Magnetic Video Camera) с разрешением 570×490 пикселей (0,28 Мп). Она записывала отдельные кадры в формате NTSC на специальном гибком магнитном диске в аналоговом видеоформате и поэтому официально она называлась «статической видеокамерой» (Still video camera). Диск был похож на современную дискету, но имел размер 2 дюйма. На него можно было записать до 50 кадров, а также звуковые комментарии. Диск был перезаписываемый и назывался Video Floppy и Mavipak.

В 1988 году компания Fuji совместно с Toshiba выпустила камеру Fuji DS-1P, основанную на ПЗС-матрице с разрешением в 0,4 Мп. Запись изображения в формате NTSC на сменную карту памяти статического ОЗУ (Static RAM) со встроенной для поддержания целостности данных батарейкой.

В 1990 году выпущена камера Dycam Model 1, более известная  как Logitech FotoMan FM-1. Камера была чёрно-белая (256 градаций серого), имела разрешение 376×240 пикселов и 1 МБ встроенной оперативной памяти для хранения 32 снимков, встроенную вспышку и возможность подключить камеру к компьютеру.

В 1991 году Kodak, совместно с Nikon, выпускает профессиональный зеркальный цифровой фотоаппарат Kodak DSC100 на основе камеры Nikon F3. Запись происходила на жесткий диск, находящийся в отдельном блоке, весившем около 5 кг.

В 1994 году Kodak, совместно с Nikon, выпускает профессиональный 1,5 Мп зеркальный цифровой фотоаппарат Kodak DSC 420. Кадры записываются на карту PCMCIA (type III).

В 1995 Minolta выпускает камеру RD175 с 3 матрицами по 0,38 Мп, каждая из которых предназначена для регистрации своей цветной составляющей. На выходе — изображение 1528×1146.

В 1999 году Minolta выпускает зеркальную камеру RD-3000 с двумя одновременно используемыми матрицами для увеличения площади кадра сумарным разрешением 2,7 Мп.

В 1999 году фирмой Sony выпущена 3 Мп ПЗС матрица SONY ICX252. Компактные камеры, построенные на этой матрице, начали реально конкурировать с пленочными. 4 января 2000 года анонсирована Casio QV-3000EX в которой использовалась эта матрица.

В 2000 году выпущена Canon EOS D30 — первая зеркалка с разумной ценой и конкурентоспособной КМОП матрицей.

В 2002 году Sigma выпускает камеру SD9 c трехслойной матрицей Foveon.

В 2003 году компаниями Olympus, Kodak и FujiFilm предложен стандарт 4:3, направленный на стандартизацию цифрового фотооборудования, и выпущена фотокамера Olympus Е-1 под этот стандарт.

В 2003 году компания FujiFilm выпускает камеру FinePix F700 с новой матрицей Super CCD SR. Отличительной особенностью этой матрицы является то, что на 3 млн. точек изображения приходится 6 млн. датчиков. Каждую точку обслуживают 2 датчика разной площади. Таким образом, предполагалагается существенно повысить динамический диапазон.

История цифровой фотографии на этом не кончается, точку ставить рано, впереди нас ждет еще много интересного.

P.S.

Я не привожу ссылок, но даю максимально полную информацию о героях этой истории, вы можете собрать о них информацию запустив поиск по именам в любой поисковой системе. Я не ориентировался на конкретный источник, а попытался обобщить всю доступную информацию. Для некоторых из описанных в этой статье событий можно найти разные версии. Я выбирал ту трактовку, которая показалась мне более логичной. Если у вас есть доказательства, что другая версия заслуживает большего доверия, - пишите, я внесу изменения.






Дополнительно

iXBT BRAND 2016

«iXBT Brand 2016» — Выбор читателей в номинации «Процессоры (CPU)»:
Подробнее с условиями участия в розыгрыше можно ознакомиться здесь. Текущие результаты опроса доступны тут.

Нашли ошибку на сайте? Выделите текст и нажмите Shift+Enter

Код для блога бета

Выделите HTML-код в поле, скопируйте его в буфер и вставьте в свой блог.